Сегодня, с учетом роста требований к производству полупроводников и поддержке исследований в этой области, особенно подчеркивается важность разработки новых материалов для использования в электронных устройствах. Пока большинство современных компьютерных чипов строится на традиционных полупроводниках, ученые и инженеры активно ищут альтернативные материалы, которые смогут обеспечить более эффективное энергопотребление и вычислительные возможности.
Один из потенциальных кандидатов для создания новых и улучшенных компьютерных чипов — это класс материалов, известных как топологические полуметаллы. Эти материалы проявляют уникальное поведение электронов, что придает им свойства, отличные от типичных изоляторов и металлов, которые используются в современных электронных устройствах. По этой причине они привлекают внимание как потенциальные компоненты устройств спинтроники, альтернативной традиционным полупроводниковым устройствам, которые основываются на вращении электронов, а не на их электрическом заряде для хранения и обработки данных.
И вот, впервые, исследователи из Университета городов-побратимов Миннесоты успешно синтезировали тонкую пленку из особого топологического полуметаллического материала. Этот материал обещает создать высокую производительность в области вычислений и памяти, потребляя гораздо меньше энергии. Помимо этого, глубокое исследование данного материала позволило команде лучше понять его физические особенности.
Один из ведущих авторов этой работы, профессор Цзянь-Пин Ван, отметил:
Мы впервые показали, что переход от слабого топологического изолятора к топологическому полуметаллу возможен с использованием магнитного легирования. Мы исследуем нестандартные методы для увеличения срока службы электронных устройств и снижения их энергопотребления.
Научные группы уже долгое время работают над топологическими материалами, но команда из Университета Миннесоты оказалась первой, кто успешно применил процесс распыления материала для создания тонкой пленки. Этот метод, совместимый с промышленным производством, делает перспективу использования этого материала в реальных устройствах гораздо более реалистичной.
Профессор Андре Мхоян, один из авторов статьи, подчеркивает важность этого исследования: "Каждый день нашей жизни включает в себя электронику — от смартфонов до бытовой техники. Все они основаны на чипах, и все они требуют энергию. Наша задача — найти способы сократить потребление энергии, и это исследование является первым шагом в этом направлении. Мы разрабатываем новые материалы, которые могут предложить аналогичные или даже лучшие характеристики, но с гораздо более эффективным энергопотреблением".
С учетом высококачественного материала, который был создан в рамках этого исследования, ученые также смогли более глубоко изучить его свойства и узнать, что делает его столь уникальным.
Профессор Тони Лоу, также автор статьи, говорит: "Одним из ключевых моментов этой работы в аспекте физики было то, что мы смогли изучить некоторые из самых фундаментальных свойств этого материала. Обычно, воздействуя на материал магнитным полем, его сопротивление увеличивается. Однако в случае этого топологического материала мы предсказали и доказали, что сопротивление уменьшается. Мы подтвердили нашу теорию экспериментальными данными по передаче заряда и подтвердили наличие отрицательного сопротивления".
Этот успех исследователей из Университета Миннесоты является результатом их многолетней работы в области топологических материалов для электроники следующего поколения. Он стал возможным благодаря совместному вкладу команды в различные аспекты, включая теоретическое моделирование, выращивание материалов и создание устройств.
